[發(fā)明專利]基于電弧熱源的低熱輸入增材制備噴槍、制備裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010795922.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN114054898A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒勇;吳東亭;安琪;鄒增大;李德剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/04
• 分類號(hào): B23K9/04;B23K9/12;B23K9/133;B23K9/16;B23K9/26;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發(fā)明公開了一種基于電弧熱源的低熱輸入增材制備噴槍、制備裝置及方法，噴槍，包括：保護(hù)罩，其一側(cè)設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管連通保護(hù)罩的內(nèi)、外，相對(duì)的另一側(cè)設(shè)置有約束噴嘴，約束噴嘴自內(nèi)向外為縮徑結(jié)構(gòu)，約束噴嘴的外側(cè)設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)；導(dǎo)絲管，為兩個(gè)，兩個(gè)導(dǎo)絲管的一側(cè)相互靠近，另一側(cè)相互遠(yuǎn)離，使兩個(gè)導(dǎo)絲管呈設(shè)定夾角設(shè)置，相互靠近的一側(cè)設(shè)置于所述約束噴嘴內(nèi)，且與約束噴嘴的出口間隔設(shè)定距離。增材制造時(shí)兩根焊絲在約束噴嘴內(nèi)利用電弧形成熔液，極大降低了對(duì)基板的熱輸入，并通過約束噴嘴噴到基板上成型，約束噴嘴可有效抑制飛濺，明顯改善增材制造的精度及質(zhì)量。內(nèi)襯高溫陶瓷層或者石墨層為了防止噴嘴的燒損。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電弧熱源的低熱輸入增材制備噴槍、制備裝置及方法。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

增材制造技術(shù)因制造靈活、節(jié)省原料，有著廣闊的應(yīng)用前景。目前用于精密增材制造的技術(shù)主要是基于定向能量沉積(DED)的電子束自由成型(EBFFF)和激光近凈成型(LENS)，基于熔敷粉末的電子束選區(qū)熔化(EBSM)、激光選區(qū)熔化(SLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DLMS)等。基于高能束的增材制造技術(shù)大多需要專用的金屬粉末，優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是粉末的種類受限制，并且效率較低。若采用電弧作為熱源，焊絲作為增材原料，也可實(shí)現(xiàn)增材制造，相對(duì)于高能束的熔粉增材制造，具有沉積效率高、成本低的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高溫合金、鈦合金、鋁合金和高強(qiáng)鋼等大型復(fù)雜構(gòu)件的快速制造。電弧增材制造的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，可選用的焊絲范圍廣泛，可對(duì)不同的結(jié)構(gòu)采用不同的材料，提高了制造柔性。利用電弧增材制造的零部件比普通的鑄件有更好的質(zhì)量，比鍛件節(jié)約原料。目前已有多種電弧增材制造技術(shù)。由于目前采用的電弧增材制造的熱源一般采用的電弧熱量較大(需要熔化焊絲)，帶來的問題是對(duì)已經(jīng)形成的增材層熱輸入大，可能會(huì)造成較大的熱應(yīng)力及變形，影響最終質(zhì)量。

目前采用傳統(tǒng)電弧進(jìn)行增材制造過程中存在熱輸入過大的問題，即目前傳統(tǒng)焊接電弧的熱輸入較大，對(duì)已經(jīng)形成的前道增材層有較大的熔深，這不但降低了增材制造的效率，而且引起較大的焊接變形，降低了增材制造產(chǎn)品的精度。雙絲間接電弧焊是一種新型的焊接工藝，不同于傳統(tǒng)焊接方法中電弧存在于工件與電極之間，其電弧形成于兩焊絲端部，其接線方式不同于傳統(tǒng)電弧焊，兩焊絲分別與電源的正負(fù)極相接，并均為熔化極，焊接過程中工件本身或者已經(jīng)成形的焊道本身沒有焊接電流通過，極大降低了熱輸入。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用該種雙絲間接電弧焊進(jìn)行增材制備時(shí)，由于制備開始階段，基板的溫度較低，且基板的熱輸入不足，易形成駝峰焊道。此外，如果沒外部約束雙絲產(chǎn)生的熔滴會(huì)導(dǎo)致較多飛濺或熔池的流淌，嚴(yán)重影響增材制造的精度和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于電弧熱源的低熱輸入增材制備噴槍、制備裝置及方法。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的以下一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種基于電弧熱源的低熱輸入增材制備噴槍，包括：

保護(hù)罩，其一側(cè)設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管連通保護(hù)罩的內(nèi)、外，相對(duì)的另一側(cè)設(shè)置有約束噴嘴，約束噴嘴自內(nèi)向外為縮徑結(jié)構(gòu)，約束噴嘴的外側(cè)設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)；

導(dǎo)絲管，為兩個(gè)，兩個(gè)導(dǎo)絲管的一側(cè)相互靠近，另一側(cè)相互遠(yuǎn)離，使兩個(gè)導(dǎo)絲管呈設(shè)定夾角設(shè)置，相互靠近的一側(cè)設(shè)置于所述約束噴嘴內(nèi)，且與約束噴嘴的出口間隔設(shè)定距離。

第二方面，提供一種基于電弧熱源的低熱輸入增材制備裝置，包括：

行走機(jī)械手，(行走機(jī)械手就是類似機(jī)器人的控制臂，將噴槍固定在機(jī)械手上，通過編程可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的三維運(yùn)動(dòng)，完成增材制造所需要的行走軌跡路線，這個(gè)可采用目前通用的機(jī)器人或者單獨(dú)控制的機(jī)械臂與本發(fā)明的噴槍進(jìn)行集成)

所述噴槍；